DE2910908A1 - CONTACT INVERTER - Google Patents
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Description
1Α-27521Α-2752
Öle K. NILSSEN Barrington, Illinois U.S.A.Oils K. NILSSEN Barrington, Illinois U.S.A.
GegentaktwechseIrichterPush-pull inverter
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GegentaktwechselrichterPush-pull inverter
Die Erfindung betrifft allgemein Stromversorgungsschaltungen und insbesondere hoch-effiziente Gegentaktwechselrichter mit Oszillatorschaltungen oder astabilen Multivibratorschaltungen.The invention relates generally to power supply circuits and in particular highly efficient push-pull inverters with oscillator circuits or astable multivibrator circuits.
Die Hauptfunktion eines Gegentaktwechselrichters besteht darin, eine Eingangsgleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln. Bei den meisten Anwendungen derartiger Wechselrichter ist es wichtig, daß die Energieumwandlung mit möglichst geringem Energieverlust und geringer Leistungsdissipation erfolgt, und zwar primär zur Verringerung der Abmessungen und zur Verringerung der Kosten, welche mit großen Komponenten verbunden sind. Typische Gegentaktwechselrichter sind in den US-Patentschriften 3 579 026; 3 663 994; 3 69t 450 und 3 913 036 beschrieben.The main function of a push-pull inverter is to convert an input DC voltage into an AC voltage. In most applications of such inverters it is It is important that the energy conversion takes place with the lowest possible energy loss and low power dissipation, and primarily to reduce the size and cost associated with large components. Typical push-pull inverters are shown in U.S. Patents 3,579,026; 3,663,994; 3 69t 450 and 3 913 036.
Unter den verschiedenen Faktoren, welche zu unerwünschten Energie Verlusten .bei typischen Gegentaktwechselrlchtern beitragen., besteht 5er wichtigste in der sogenannten ßleichtaktleitung, welche eintritt, wenn bexäe Schalteinrichtungen, gewöhnlich Transistoren gleichzeitig leiten. Dieser Verlustfaktor ist das Ergebnis einer innerenten und unvermeidbaren Verzögerung des AusschaItvorgangs bei den meisten Transistor-Schalteinrichtungen, welche keine entsprechende Verzögerung ihres Einschaltvorgangs aufweisen. Wenn somit zur Betätigung eines Paars typischer Transistorschalteinrichtungen in einer Gegentaktwechselrichterschaltung ein einfacher Rechteckstrom oder eine einfache Rechteckspannung verwendet wird, so kommt es unvermeidlich zu Gleichtaktleitungserscheinungen.Among the various factors which contribute to undesired energy losses in typical push-pull alternators, the most important one is the so-called common-mode conduction, which occurs when two switching devices usually conduct transistors at the same time. This loss factor is the result of an intrinsic and unavoidable delay in the switch-off process in most transistor switching devices which do not have a corresponding delay in their switch-on process. Thus, when a simple square-wave current or a simple square-wave voltage is used to operate a pair of typical transistor switching devices in a push-pull inverter circuit, common-mode conduction phenomena inevitably occur.
Die nächst wichtige Ursache für Energieverluste ist die Leistungsdissipation, welche innerhalb einer jeden Transistor-Schalteinrichtung während des Ausschaltübergangs auftritt. Zur Herabsetzung dieses Faktors ist es wichtig, jeden Transistor in der Nähe seiner maximalen Schaltgeschwindigkeit zu be-The next most important cause of energy loss is the power dissipation that occurs within each transistor switching device occurs during the switch-off transition. To reduce this factor it is important to use every transistor to operate in the vicinity of its maximum switching speed
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treiben. Diese maximale Schaltgeschwindigkeit wird erzielt durch eine möglichst rasche Beseitigung der gespeicherten Ladungsträger aus dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors, so daß diese nicht durch Rekombination dissipieren.to drive. This maximum switching speed is achieved by eliminating the stored charge carriers as quickly as possible from the base-emitter junction of the transistor, so that they do not dissipate through recombination.
Weitere Energieverluste bei typischen Gegentaktwechselrichtern kommen während des Einschaltens der Transistor-Schalteinrichtungen zustande, d. h. durch das Leitendwerden der Transistoren vor der Absenkung der Kollektorspannung auf den minimalen Kollektorspannungspegel. Diese Absenkung der Kollektorspannung tritt erst ein, nachdem die andere Transistor-Schalteinrichtung nicht leitend geworden ist.Further energy losses in typical push-pull inverters occur when the transistor switching devices are switched on come about, d. H. by the transistors becoming conductive before the collector voltage drops to the minimum collector voltage level. This lowering of the collector voltage occurs only after the other transistor switching device has not become conductive.
Beträchtliche Energiemengen gehen typischerweise auch während des Ausschaltprozesses einer jeden Transistorschalteinrichtung verloren, wenn die Transistor-Kollektor-Spannung wesentlich ansteigt, ehe der Transistor vollständig ausgeschaltet ist, d. h. nicht leitend geworden ist.Considerable amounts of energy are typically also lost during the turn-off process of each transistor switching device lost if the transistor-collector voltage increases significantly before the transistor is completely switched off, d. H. has not become conductive.
Eine weitere Ursache für beträchtliche' Energieverluste bei typischen Gegentaktwechselrichtern beruht auf dem Leistüngsverζehr in den einzelnen Transistoren während.'diese sich im-Leitungszustand befinden. Um auch diesen1'Verlustfaktor auf ein Minimum herabzudrücken, ist es erforderlich, für einen adäquaten, jedoch nicht exzessiven Basistreiberstrom zu sorgen, welcher zu jedem Zeitpunkt dem Kollektorstrom entspricht.Another cause of considerable energy losses in typical push-pull inverters is the power traffic in the individual transistors while they are in the conduction state. In order to also reduce this 1 'loss factor to a minimum, it is necessary to provide an adequate, but not excessive, base drive current which corresponds to the collector current at all times.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die nicht akzeptablen Energieverluste, welche typischerweise bei herkömmlichen Gegentaktwechselrichtern mit astabilen Multivibratorschaltungen oder Oszillatorschaltungen auftreten, auf ein Minimum herabzudrücken.It is therefore the object of the present invention to reduce the unacceptable energy losses typically associated with conventional Push-pull inverters with astable multivibrator circuits or oscillator circuits occur to be pushed down to a minimum.
Erfindungsgemäß wird jeder Transistor-Schalteinrichtung eine Sättigungsspule zugeordnet und über den Basis-Emitter-Übergang des Transistors geschaltet. Eine Diode liegt parallel zu jeder Sättigungsspule. Die Spannung, welche währen einer vorbe-According to the invention, each transistor switching device is assigned a saturation coil and via the base-emitter junction of the transistor switched. A diode is parallel to each saturation coil. The tension that exists during a
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stimmten Zeitdauer an der Basis eines jeden Transistors anliegt, sättigt die zugeordnete Sattigungsspule und diese führt nach der Sättigung zu "einer raschen Terminierung des Flusses des Basisstroms und bildet einen Strompfad für eine rasche Abführung der im Basis-Emitter-Übergang des Transistors gespeicherten Ladungsträger, so daß der Transistor rasch in den nicht-leitenden Zustand übergeht.If a certain period of time is applied to the base of each transistor, the associated saturation coil saturates and this follows the saturation to "a rapid termination of the flow of the base current and forms a current path for a rapid discharge of the charge carriers stored in the base-emitter junction of the transistor, so that the transistor quickly becomes non-conductive State passes.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß positive Rückkopplungseinrichtungen für die Transistor-Schalteinrichtungen vorgesehen sind, welche den Transistor-Basis— treiberstrom proportional zum Transistor-Kollektorstrom halten, um eine vorzeitige Beaufschlagung mit dem Basis-Treiberstrom zu verhindern. Alternativ kann eine Spannungs-Rückkopplungseinrichtung vorgesehen sein, welche Verzögerungseinrichtungen umfaßt. Hierdurch wird verhindert, daß der jeweilige Transistor vor der Absenkung der Kollektorspannung des Transistors auf ihren Minimalpegel in den Leitungszustand gelangt.Another aspect of the present invention is that positive feedback devices for the transistor switching devices are provided which have the transistor base drive current proportional to the transistor collector current hold to prevent premature application of the base driver current. Alternatively, a voltage feedback device can be used be provided which includes delay devices. This prevents the respective transistor before the collector voltage of the transistor is lowered to its minimum level in the conduction state.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, daß ein Kondensator zwischen den Kollektoren der Transistor-Schalteinrichtungen geschaltet ist. Dieser Kondensator beschränkt die Rate der Änderung der Spannung der Kollektoren und bildet einen Strompfad für den Induktionsstrom des Haupttransformators beim Ausschalten der Transistoren.Another aspect of the invention is that a capacitor is connected between the collectors of the transistor switching devices. This capacitor limits the rate of the Changes the voltage of the collectors and forms a current path for the induction current of the main transformer when it is switched off of the transistors.
Ferner wird erfindungsgemäß eine neue Triggereinrichtung geschaffen, mit der der Wechselrichter in Schwingung versetzt werden kann.Furthermore, according to the invention, a new trigger device is created, with which the inverter can be made to vibrate.
Somit wird erfindungsgemäß ein hoch-effizienter Gegentaktwechselrichter mit einer Oszillatorschaltung oder einer astabilen Multivibratorschaltung geschaffen, welcher Energieverluste auf ein Minimum herabdrückt, und zwar Energieverluste, welche auf einen gleichzeitigen Leitungszustand der Transistoren zurückzuführen sind oder auf ein unvollkommenes Transistor-Schaltverhalten oder auf einen inadäquaten oderThus, according to the invention, there is a highly efficient push-pull inverter created with an oscillator circuit or an astable multivibrator circuit, which energy losses lowers to a minimum, namely energy losses, which on a simultaneous conduction state of the transistors or to an imperfect transistor switching behavior or to an inadequate or
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exzessiven Basistreiberstrom, so daß man relativ langsame billige Transistoren verwenden kann.excessive base drive current, making one relatively slow can use cheap transistors.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die Transistor-Schalteinrichtungen des erfindungsgemäßen hocheffizienten Gegentaktwechselrichters in der Nähe ihrer maximalen Schaltgeschwindigkeit betrieben werden können, indem man die Ladungsträger aus den Basis-Emitter-Übergängen der Transistoren so rasch wie möglich währen des Transistorabschaltprozesses entfernt.Another essential aspect of the invention is that the transistor switching devices of the invention highly efficient push-pull inverters can be operated near their maximum switching speed by the charge carriers from the base-emitter junctions of the transistors as quickly as possible during the transistor shutdown process removed.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, Energieverluste zu vermeiden, welche mit einem verfrühten Leitungszustand der Transistorschalteinrichtung verbunden sind.Another important aspect of the invention is to avoid energy losses associated with premature conduction the transistor switching device are connected.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, Energieverluste auf ein Minimum zu bringen, indem man die Kollektorspannung des Transistors daran hindert, wesentlich anzusteigen, ehe der Transistor in den nicht-leitenden Zustand übergegangen ist.Another important aspect of the invention is to minimize energy losses by using the Collector voltage of the transistor prevents it significantly to increase before the transistor has switched to the non-conductive state.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, einen adäquaten aber nicht exzessiven Basis-Treiberstrom für die Transistor-Schalteinrichtungen bereitzustellen.Another essential aspect of the invention is to provide an adequate but not excessive base drive current for provide the transistor switching devices.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung besteht in einer Einrichtung zum Triggern der Wechselrichterschaltung, so daß diese in Schwingung gerät.Another important aspect of the invention consists in a device for triggering the inverter circuit so that this starts to vibrate.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention is explained in more detail with reference to drawings.
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Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegentaktwechselrichters;Fig. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the invention Push-pull inverter;
Fig.2A und B typische Diagramme der Wellenformen der Kollektorspannung und der Basisspannung eines Transistors der Schaltung gemäß Fig. 1;Fig. 2A and B are typical diagrams of the waveforms of the collector voltage and the base voltage of a transistor of the circuit according to FIG. 1;
Fig. 3 und 4 Schaltungen einer zweiten und einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegentaktwechselrichters in Verbindung mit hoch-effizienten Ballast-Schaltungen für Fluoreszenzlampen;3 and 4 circuits of a second and a third embodiment of the push-pull inverter according to the invention in connection with highly efficient ballast circuits for fluorescent lamps;
Fig.5A , B und C typische Wellenformen der Kollektorspannung, der Basisspannung bzw. des Kollektorstroms bei einem Transistor des Gegentaktwechselrichters gemäß Fig. 4 undFig. 5A, B and C typical waveforms of the collector voltage, the base voltage or the collector current in the case of a transistor of the push-pull inverter according to FIG. 4 and
Fig.6, 7 und 8 Schaltungen einer vierten, fünften und sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegentaktwechselrichters .6, 7 and 8 circuits of a fourth, fifth and sixth Embodiment of the push-pull inverter according to the invention .
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In Fig. 1 ist ein Oszillator oder astabiler Multivibrator eines Gegentaktwechselrichters allgemein mit 1.5 bezeichnet. Er umfaßt zwei abwechselnd leitende Transistorschalteinrichtungen 16, 17, deren jede eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist. Die Emitter sind mit einem B~-Anschluß 18 einer Gleichstromquelle verbunden. Die Basis des TransistorsIn Fig. 1, an oscillator or astable multivibrator of a push-pull inverter is generally denoted by 1.5. It comprises two alternately conductive transistor switching devices 16, 17, each of which has a base, an emitter and one Has collector. The emitters are connected to a B ~ terminal 18 of a direct current source. The base of the transistor
16 ist mit einer Basiszuleitung 19 verbunden, welche wiederum mit einer Wicklung 21 eines bekannten toroid-förmigen nichtgesättigten Stromtransformators 22 verbunden ist. Andererseits ist die Wicklung 21 über eine Basiszuleitung 23 mit der Basis des Transistors 17 verbunden.16 is connected to a base lead 19, which in turn is connected to a winding 21 of a known toroidal-shaped unsaturated current transformer 22. on the other hand is the winding 21 via a base lead 23 to the base of transistor 17 connected.
Zwei Sattigungsspulen 24, 26 sind direkt mit der Basis und dem Emitter der Transistoren 16 bzw. 17 verbunden und Dioden 27, liegen parallel zu den Sättigungsspulen 24 bzw. 26.Two saturation coils 24, 26 are directly connected to the base and the The emitters of the transistors 16 and 17, respectively, and diodes 27, are connected in parallel to the saturation coils 24 and 26, respectively.
Eine Kollektorzuleitung 29 für den Transistor 16 ist über eine Wicklung 31 des Stromtransformators 22 mit dem primären Anschluß 32 eines bekannten Haupttransformators 33 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Kollektorzuleitung 34 des TransistorsA collector lead 29 for the transistor 16 is connected to the primary terminal via a winding 31 of the current transformer 22 32 of a known main transformer 33 is connected. Similarly, collector lead 34 is the transistor
17 über eine Spule 36 des Transformators 22 mit dem anderen primären Anschluß 37 des Transformators 33 verbunden.17 via a coil 36 of the transformer 22 to the other primary terminal 37 of the transformer 33 connected.
Der B -Anschluß bei 38 ist mit dem Mittelabgriff der Primärseite des Transformators 33 verbunden, sowie über einen Widerstand und einen Kondensator 41 mit dem B -Anschluß 18. Ein Diac ist einerseits mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 39 mit dem Kondensator 41 und andererseits mit der Basiszuleitung 19 verbunden. In Verbindung mit dem Widerstand und dem' Kondensator 41 dient das Diac zur Bereitstellung eines Triggerimpulses zum Starten des Schwingungsvorgangs der Inverterschaltung 15. Sobald der Wechselrichter 15 oder der Inverter 15 einmal zum Schwingen gebracht ist, haben die Triggerimpulse einen vernachlässigbaren Effekt auf die Arbeitsweise der Schaltung und die Transistoren 16 , 17 leiten in bekannter Weise alternierend, so daß man eine alternierende Spannung auf der Primärseite des Transformators 33 erhält. Dies führt zu einerThe B terminal at 38 is with the center tap of the primary side of the transformer 33, and connected via a resistor and a capacitor 41 to the B terminal 18. A diac is on the one hand with the connection point between the resistor 39 with the capacitor 41 and on the other hand with the base lead 19 connected. In conjunction with the resistor and the 'capacitor 41, the diac is used to provide a Trigger pulse to start the oscillation process of the inverter circuit 15. As soon as the inverter 15 or the inverter 15 is once made to oscillate, the trigger pulses have a negligible effect on the operation of the circuit and the transistors 16, 17 conduct alternately in a known manner, so that an alternating voltage on the Primary side of the transformer 33 receives. This leads to a
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Wechselspannung mit im wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Wellenform an den Sekundäranschlüssen 43, 44 des Transformators 30. Zur Aufrechterhaltung des Schwingungsvorgangs ist es erforderlich, daß genügend induktive Energie periodisch im Haupttransformator 33 gespeichert wird, da keine Gleichstromvorspannung vorhanden ist, um die Schwingungen nach jeder Halbperiode wieder zu triggern. Ein Kondensator 46 liegt zwischen den Kollektorzuleitungen 29 und 34.AC voltage with a substantially square or rectangular waveform at the secondary connections 43, 44 of the transformer 30. To maintain the oscillation process, it is necessary that sufficient inductive energy is periodically stored in the main transformer 33, since there is no DC bias to avoid the oscillations to trigger again after every half cycle. A capacitor 46 is located between the collector leads 29 and 34.
Im folgenden soll die Arbeitsweise der Wechselrichterschaltung 15 erläutert werden. Dabei soll der Transistor 16 betrachtet werden. Dieser Transistor verbleibt im leitenden Zustand solange der Basiszuleitung 19 ein Basisstrom zugeführt wird und darüber hinaus bis der Basis-Emitter-Übergang von den gespeicherten Ladungsträgern frei geworden ist. Die Spannung an der Basiszuleitung 19 des Transistors 16 bleibt während einer Zeitdauer bestehen, welche durch die Sättigungscharakteristiken der Sättigungsspule 94 bestimmt ist und diese Spannung führt zur Sättigung der Spule 24. Nach der Sättigung der Spule 24 wird der Strom zur Basis des Transistors 16 unterbrochen. Da eine gesättigte Spule oder Drossel einen wirksamen Kurzschluß für den in einer Richtung fließenden Strom darstellt werden die im Basis-Emitter-Übergang des Transistors 16 gespeicherten Ladungsträger rasch über den Pfad abgezogen, welcher durch die gesättigte Drossel 24 gebildet wird, so daß der Transistor 16 abrupt und rasch in den nicht-leitenden Zustand übergeht. Da die Sättigungsdrosseln 24, 26 direkt mit den Basis-Emitter-Übergängen der zugeordneten Transistoren verbunden sind, fließt der Sperrschichtentladungsstrom über jeweils einen Pfad mit niedrigem Widerstand und zwar ungestört durch Impedanz von Vorspannungseinrichtungen. Das rasche Evakuieren oder Abziehen von Ladungsträgern vom Basis-Emitter-Übergang findet während einer Zeitdauer statt, welche wesentlich kürzer ist als die Zeitdauer, welche für den natürlichen Rekombinationsprozeß erforderlich ist. Dieser natürliche Rekombinatiousprozeß führt bei herkömmlichen Einrichtungen zu einer beträchtlichen Ausschaltverzögerung und zu einem nur allmählichen AusschaltenThe mode of operation of the inverter circuit 15 is to be explained below. The transistor 16 is to be considered here will. This transistor remains in the conductive state as long as the base lead 19 is supplied with a base current and above until the base-emitter junction has become free of the stored charge carriers. The voltage on the base lead 19 of transistor 16 persists for a period determined by the saturation characteristics of the saturation coil 94 is determined and this voltage leads to the saturation of the coil 24. After the saturation of the coil 24 the current to the base of transistor 16 is interrupted. There a saturated coil or choke will be an effective short-circuit for the current flowing in one direction the charge carriers stored in the base-emitter junction of the transistor 16 are quickly withdrawn via the path that passes through the saturated choke 24 is formed, so that the transistor 16 abruptly and rapidly goes into the non-conductive state. Since the saturation reactors 24, 26 connect directly to the base-emitter junctions of the assigned transistors are connected, the junction discharge current flows along via one path in each case low resistance undisturbed by the impedance of biasing devices. Rapid evacuation or withdrawal of charge carriers from the base-emitter junction takes place during a period of time which is significantly shorter than that Time required for the natural recombination process. This natural recombinant process With conventional devices this leads to a considerable switch-off delay and to only a gradual switch-off
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des Transistors 16. Wenn der Transistor 16 ausgeschaltet wird, so steigt die Spannung an seinem Kollektor an. Aufgrund des Kondensators 46, welcher zwischen den Kollektorzuleitungen 29 und 34 liegt, wird jedoch die Geschwindigkeit des Anstiegs der Kollektorspannung in Grenzen gestalten. Demzufolge gelangt der Transistors 16 in den ausgeschalteten oder nicht-leitenden Zustand bevor seine Kollektorspannung in nennenswertem Maße ansteigen kann. Hierdurch wird ein Energieverzehr während des Transistorausschaltprozesses vermieden. Der Kondensator 46 ist wesentlich, wenn man handelsübliche Komponenten verwendet. Wenn man jedoch für die Drosseleinrichtungen 24, 26 extrem sättigbares magnetisches Material verwendet, so erübrigt sich die Verwendung des Kondensators in der Schaltung. Alternativ kann auch ein nicht-gezeigter Kondensator zwischen dem Kollektor und dem Emiter eines jeden der Transistoren 16, 17 vorgesehen sein.of transistor 16. When transistor 16 is turned off, so the voltage on its collector increases. Because of the Capacitor 46, which is between the collector leads 29 and 34, however, the rate of increase of the Make the collector voltage within limits. As a result, the transistor 16 is switched off or non-conductive State before its collector voltage can increase significantly. This reduces energy consumption during the Transistor switch-off process avoided. The capacitor 46 is essential when using off-the-shelf components. If, however, for the throttle devices 24, 26 extreme saturable magnetic material is used, the use of the capacitor in the circuit is unnecessary. Alternatively A capacitor (not shown) can also be provided between the collector and the emiter of each of the transistors 16, 17 be.
Der Fluß von gespeicherten Ladungsträgern aus dem Basisemitterübergang des Transistors 16 über die Sättigungsdrossel 24 stellt einen Strom dar. Selbst im gesättigten Zustand hat die Spule oder die Drossel 24 zumindest noch eine geringe Restinduktivität und demzufolge fließt nach dem Freiwerden der Basis des Transistors 16 von Ladungsträgern der Strom noch während einer kurzen Zeitdauer weiter durch die Drossel 24. Die Diode 27 verhindert daher die Beaufschlagung der Basis des Transitors 16 mit einer übermäßigen Sperrspannung und bildet einen Strompfad für diese . kurze Fortsetzung des induktiven Stroms.The flow of stored charge carriers from the base-emitter junction of the transistor 16 via the saturable inductor 24 is established represents a current. Even in the saturated state, the coil or the choke 24 still has at least a low residual inductance and consequently, after the base of the transistor 16 has become free of charge carriers, the current continues to flow for a short period of time further through the choke 24. The diode 27 therefore prevents the application of the base of the transistor 16 with an excessive Reverse voltage and forms a current path for this. brief continuation of the inductive current.
Ferner bildet die Diode 27 einen Pfad für den Durchlaßstrom in die Basis des der Diode 27 nicht zugeordneten Transistors 17. Eine positive Stromrückkopplung kommt durch den nicht sättigbaren Stromtransformator 22 zustande, welcher aufgrund seiner Wicklungen 31, 36 und 21 den Basistreiberstrom für die Transistoren 16, 17 liefert. Hierdurch ist ein adäquater Basistreiberstrom sichergestellt, ohne daß es zu einem übermäßigen Basistreiberstrom kommt, wenn der Transistor-Kollektor-Strom gering ist. Die periodische Spannungsumkehr in jeder der sättigbarenFurthermore, the diode 27 forms a path for the forward current into the base of transistor 17 not associated with diode 27. Positive current feedback comes through the non-saturable one Current transformer 22 comes about, which due to its windings 31, 36 and 21 provides the base drive current for the transistors 16, 17 supplies. This ensures an adequate base drive current without resulting in an excessive base drive current comes when the transistor-collector current is low. The periodic voltage reversal in each of the saturable
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Spulen oder Drosseln 24, 26 führt zur Rückstellung des Kerns.Coils or chokes 24, 26 resets the core.
Der Kondensator 46 bildet einen Strompfad für den induktiven Strom der Primärwicklung des Haupttransformators beim Ausschalten eines jeden der Transistoren 16, 17. Wenn z. B. der Transistor 16 leitend ist, so akkumuliert sich eine bestimmte Menge eines induktiven Stroms in der Streuinduktivität des Haupttransformators 33, abgesehen von einem Laststrom, welcher fließen mag. Wenn der Transistor 16 rasch ausgeschaltet wird, so fließt dieser induktive Strom weiter. Zunächst fließt der Strom einfach in den zwischen den Kollektoren liegen Kondensator 46. Aber nachdem die Spannung am Kollektor 29 den zweifachen Wert der Versorgungsspannung B erreicht hat, und die Spannung am Kollektor 34 des Transistors 17 auf Null abgefallen ist, so fließt dieser induktive Strom vom B -Anschluß 18 über die Diode 28, den Basis-Kollektor-Übergang des Transistors 17 und den Haupttransformator 33 zum B -Anschluß 38. Somit wird die mit dem Leckstrom verbundene Energie, welche sich während der EIN-Periode des Transistors 16 angesammelt hat in den B -Anschluß der Stromquelle zwangsmäßig zurückgeführt. Zur Gewährleistung eines stabilen Schwingvorgangs und zur Herabsetzung des Energieverzehrs auf ein Minimum muß die Streuinduktivität des Haupttransformators 33 groß genug sein, damit eine vollständige Umkehr der Kollektorspannungen gewährleistet ist, ohne daß die Transistoren 16, 17 dazu verwendet werden müssen, diesen Umkehrprozeß zu erzwingen.The capacitor 46 forms a current path for the inductive Current of the primary winding of the main transformer when turning off each of the transistors 16, 17. If z. B. the transistor 16 is conductive, a certain amount of an inductive current accumulates in the leakage inductance of the main transformer 33, apart from a load current, which likes to flow. When transistor 16 is turned off quickly, this inductive current continues to flow. First of all, the flows Current simply in the between the collectors lying capacitor 46. But after the voltage on the collector 29 doubles The value of the supply voltage has reached B, and the voltage Has dropped to zero at the collector 34 of the transistor 17, this inductive current flows from the B terminal 18 via the Diode 28, the base-collector junction of transistor 17 and the main transformer 33 to the B terminal 38. Thus, the energy associated with the leakage current, which during the ON period of transistor 16 has been forcibly fed back into the B terminal of the power source. To guarantee a stable oscillation process and to reduce energy consumption to a minimum, the leakage inductance of the main transformer 33 must be large enough so that a complete Reversal of the collector voltages is guaranteed without the transistors 16, 17 having to be used for this purpose To force reversal process.
Bei einer Wechselrichterschaltung 15 zur Versorgung einer Last mit einer Leistung von etwa 75 W beträgt der Leistungsverbrauch in jedem der beiden Schalttransistoren 16, 17 nur etwa 0,25 W. Daher können gesonderte Kühlkörper weggelassen werden.In the case of an inverter circuit 15 for supplying a load With a power of about 75 W, the power consumption in each of the two switching transistors 16, 17 is only about 0.25 W. Separate heat sinks can therefore be omitted.
Die typischen Kollektor- und Basis-Spannungen, welche üblicherweise mit E(C) und E(B) bezeichnet werden, sind für einen der Transistoren des Wechselrichters 15 schematisch in Fig. 2A bzw. Fig. 2B dargestellt. Wie man aus Fig. 2A erkennt, ist dieThe typical collector and base voltages, which are usually denoted by E (C) and E (B) are for one of the transistors of the inverter 15 schematically in FIG. 2A and Fig. 2B, respectively. As can be seen from Fig. 2A, the
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Geschwindigkeit des Ansteigens und Abfallens der Kollektorspannung eingeschränkt, wie man an den mit den Bezugszeichen 51 und 52 bezeichneten Stellen erkennt. Die Transistor-Basisspannung wird an der durch das Bezugszeichen 53 bezeichneten Stelle in Figur 2B positiv, und zwar etwa zur Zeit zu der der nicht-bezeigte Sperrstrom durch den Transistor beendet ist. Wie man an der Stelle des Bezugszeichens 54 erkennt, wird die Basisspannung abrupt auf Null herabgesetzt, wenn die Sättigungsdrossel oder -spule in den Sättigungszustand übergeht. Dies hat zur Folge, daß die im'Basis-Emitter-Übergang gespeicherten Ladungsträger während einer Zeit abgeführt werden, welche wesentlich kürzer ist als die für die natürliche Rekombination erforderliche Zeit.Speed of the rise and fall of the collector voltage restricted, as can be seen from the points designated by the reference numerals 51 and 52. The transistor base voltage becomes positive at the point indicated by the reference numeral 53 in FIG. 2B, namely at about the time of the reverse current through the transistor, not shown, has ended. As can be seen at the location of the reference numeral 54, the Base voltage is abruptly reduced to zero when the saturation reactor or coil goes into saturation. this has the consequence that the stored in the base-emitter junction Charge carriers are discharged during a time which is significantly shorter than that for natural recombination required time.
Das Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist dasjenige, hoch-effizienter Ballastschaltungen für Fluoreszenzlarapen. Eine solche allgemein mit 56 bezeichnete Schaltung ist in Fig. 3 gezeigt. Gemäß dieser Figur umfaßt ein Brückengleichrichter Dioden 57, 58, 59 und 61 sowie einen Elektrolytkondensator 62. Dieser Gleichrichter dient der Umwandlung des Wechselstroms an den Anschlüssen 63 und 64 in einen gefilterten Gleich-Strom, welcher am B -Anschluß 66 und am B -Anschluß 67 ansteht. Der B -Anschluß ist mit dem Mittelabgriff der Primärwicklung eines Transformators 67 verbunden. Diese Primärwicklung weist Anschlußleitungen 68, 79 auf, welche den Leitungen 32 und 37 des Wechselrichters 15 gemäß Fig. 1 entsprechen. Sekundärwicklungen 69, 71 und 72 dienen der Versorgung von vier gesonderten Heizfäden, welche bei einer Ballastschaltung für zwei Fluoreszenzlampen 73, 74 erhitzt werden müssen. Die Fluoreszenzlampen 73, 74 sind mit der Zuleitung 68 verbunden, sowie über eine Ballastinduktiv!tat 76 mit der Zuleitung 69, Der Aufbau und die Arbeitsweise der Schaltung 56 ist im übrigen identisch mit dem Aufbau und der Arbeitsweise des Wechselrichters 15 der Figur 1. Die entsprechenden Bauteile tragen die gleichen jedoch mit einem Strich versehenen Bezugsziffern.The main field of application of the present invention is that of highly efficient ballast circuits for fluorescent larapes. Such a circuit, generally designated 56, is shown in FIG. According to this figure, a bridge rectifier comprises Diodes 57, 58, 59 and 61 and an electrolytic capacitor 62. This rectifier is used to convert the alternating current at the connections 63 and 64 into a filtered direct current which is present at the B connection 66 and at the B connection 67. The B terminal is connected to the center tap of the primary winding of a transformer 67. This primary winding has Connection lines 68, 79, which the lines 32 and 37 of the inverter 15 according to FIG. 1 correspond. Secondary windings 69, 71 and 72 are used to supply four separate ones Heating filaments which have to be heated in a ballast circuit for two fluorescent lamps 73, 74. The fluorescent lamps 73, 74 are connected to the supply line 68, and via a ballast inductor 76 to the supply line 69, the structure and the operation of the circuit 56 is otherwise identical to the structure and operation of the inverter 15 of FIG Figure 1. The corresponding components have the same reference numerals, but provided with a prime.
Figur 4 zeigt eine abgewandelte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einer Wechselrichter-Oszillator-Schaltung, welcheFIG. 4 shows a modified preferred embodiment of the invention with an inverter oscillator circuit which
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allgemein mit 77 bezeichnet ist. Auch bei dieser Schaltung handelt es sich wiederum um eine hoch-effiziente Ballastschaltung für Fluoreszenzlampen. Es muß betont werden, daß bei der Schaltung gemäß Fig. 4 typische Komponenten-Typen und Komponenten-Werte vorgesehen sind. Die Auswahl der Komponenten hängt von der Schaltungskonstruktion ab. Die in Fig. 4 angegebenen bevorzugten Werte der Schaltungskomponenten werden bei einer Schaltung verwendet, welche zur Versorgung von zwei 40 Watt-Lampen mit einer Länge von 120 cm vom Schnellstart-Typ benötigt werden.generally indicated at 77. This circuit is again a highly efficient ballast circuit for fluorescent lamps. It must be emphasized that in the circuit according to FIG. 4, typical component types and Component values are provided. The choice of components depends on the circuit design. Those indicated in FIG preferred values of the circuit components are used in a circuit which is used to supply two 40 watt lamps with a length of 120 cm of the quick start type are required.
Die Schaltung 77 umfaßt zwei alternierend leitende Transistorschalteinrichtungen 78, 79, deren Emitter-Anschlüsse mit dem B~-Anschluß 81 verbunden sind. Anstelle von zwei Sättigungsdrosseln und einem nicht-sättigbaren Transformator (Bauteile 24, 26 und 22 der Fig. 1) sind bei der Schaltung zwei toroidförmige kern-sättigbare Transformatoren 82, 83 vorgesehen. Der Kollektor des Transistors 78 ist über eine Wicklung 84 des Transformators 82 und eine Wicklung 86 des Transformators 83 mit der Primärzuleitung 87 des allgemein mit 88 bezeichneten Haupttransformators verbunden. In ähnlicher Weise ist der Kollektor 79 über eine Wicklung 89 des Transformators 82 und eine Wicklung 91 des Transformators 83 mit der anderen Primärzuleitung 92 des Transformators 88 verbunden. Die Wicklung 93 auf dem Transformator 82 liegt parallel zu einer Diode 94 zwischen der Basiszuleitung 96 des Transistors 78 und dem B~-Anschluß 81. In ähnlicher Weise liegt eine Wicklung 97 des Transformators 83 parallel zu einer Diode und zwischen der Basiszuleitung 99 des Transistors 79 und dem B~-Anschluß 81. Ein Kondensator 101 liegt zwischen den Kollektoren der beiden Transistoren 78 und 79.The circuit 77 comprises two alternately conductive transistor switching devices 78, 79, the emitter terminals of which are connected to the B ~ terminal 81. Instead of two saturation chokes and a non-saturable transformer (components 24, 26 and 22 of Figure 1) are with the circuit two toroidal core-saturable transformers 82, 83 intended. The collector of transistor 78 is through a winding 84 of the transformer 82 and a winding 86 of the Transformer 83 is connected to the primary lead 87 of the main transformer, generally designated 88. In a similar way Way is the collector 79 via a winding 89 of the transformer 82 and a winding 91 of the transformer 83 with the other primary line 92 of the transformer 88 is connected. The winding 93 on the transformer 82 is parallel to a diode 94 between the base lead 96 of the transistor 78 and the B ~ -connection 81. In a similar way is one Winding 97 of the transformer 83 in parallel with a diode and between the base lead 99 of the transistor 79 and the B ~ connection 81. A capacitor 101 is located between the collectors of the two transistors 78 and 79.
Ein B -Anschluß 102 ist über einen Widerstand 103 und einen Kondensator 104 mit dem B -Anschluß 81 verbunden und ein Diac 106 ist einerseits mit der Verbindungsstelle des Widerstandes und des Kondensators und andererseits mit der Basiszuleitung 96 verbunden und dient der Bereitstellung von TriggerimpulsenA B terminal 102 is connected to the B terminal 81 via a resistor 103 and a capacitor 104 and is a diac 106 is on the one hand with the junction of the resistor and the capacitor and on the other hand with the base lead 96 and is used to provide trigger pulses
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des Schwingvorgangs und für die Starung der alternierenden Leitfähigkeit der Transistoren 78 und 79. Der B -Anschluß 102 ist auch mit dem Mittelabgriff der Primärwicklung des Transformators 88 verbunden. Der Transformator 88 umfaßt Sekundärwicklungen 107, 108 und 109 für das Heizen der Filamente von Fluoreszenzlampen 111, 112, welche in Reihe geschaltet sind und welche mit der Primärzuleitung 87 über einen Ballastdrossel 113 verbunden sind.the oscillation process and for staring the alternating conductivity of the transistors 78 and 79. The B terminal 102 is also with the center tap of the primary winding of the transformer 88 connected. The transformer 88 includes secondary windings 107, 108 and 109 for heating the filaments of fluorescent lamps 111, 112, which are connected in series and which connected to the primary feed line 87 via a ballast throttle 113 are.
Die Wicklungen 93, 97 für die Transistoren 78, 79 der Schaltung 77 stellen sättigbare Spulen dar, welche in der Funktion den Drosseln 24, 26 der Schaltung 15 gemäß Fig. 1 identisch sind. Die sättigbaren Transformatoren 82, 83 stellen auch den Basistreiberstrom für jeden der Transistoren 78, 79 bereit, und zwar derart, daß dieser dem Kollektorstrom des jeweiligen Transistors proportional ist. Auf diese Weise wird die vorzeitige Beaufschlagung mit dem Basistreiberstrom vermieden. Die Verwendung von zwei sättigbaren Transformatoren anstelle von nur einem sättigbaren Transformator erlaubt eine Isolierung der Transistorbasen. Ohne diese Isolierung führt der Sperrschicht-Entladungsstrom des einen Transistors in der Tendenz zu einem kurzen Einschalten des anderen Transistors. Die allgemeine Arbeitsweise der Schaltung ist mit der Arbeitsweise der zuvor beschriebenen Schaltung identisch. The windings 93, 97 for the transistors 78, 79 of the circuit 77 represent saturable coils, which in the function the Chokes 24, 26 of the circuit 15 according to FIG. 1 are identical. The saturable transformers 82, 83 also provide the base drive current ready for each of the transistors 78, 79, in such a way that this corresponds to the collector current of the respective transistor is proportional. In this way, the premature application of the base drive current is avoided. The usage of two saturable transformers instead of just one saturable transformer allows isolation of the transistor bases. Without this isolation, the junction discharge current of one transistor tends to turn on the transistor for a short time other transistor. The general operation of the circuit is identical to that of the circuit previously described.
Es sollte betont werden, daß die in den beschriebenen Schaltungen verwendeten sättigbaren Spulen und Transformatoren dann besonders wirksam sind, wenn sie so klein wie möglich sind. Bei den sättigbaren Spulen der Schaltung 77 sind Ferrittoroidkerne vorgesehen, welche vorzugsweise einen Durchmesser von 3,8 mm aufweisen.It should be emphasized that the saturable coils and transformers used in the circuits described then are particularly effective when they are as small as possible. The saturable coils of circuit 77 are ferrite toroid cores provided, which preferably have a diameter of 3.8 mm.
Die Figuren 5A, 5B und 5C zeigen typische Wellenformen der KoIlektorspannung E(C), der Basisspannung E(B) und des Kollektorstroms I (C) eines der Transistoren der Fig. 4, wobei angenommen ist, daß die B -Spannung 160 V beträgt. Diese Spannung läßt sich bequemerweise von einem Vollwegbrücken-Figures 5A, 5B and 5C show typical waveforms of the coil voltage E (C), the base voltage E (B) and des Collector current I (C) of one of the transistors of FIG. 4, assuming that the B voltage is 160 volts. These Voltage can be conveniently removed from a full-way bridge
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Gleichrichter (ähnlich demjenigen der Fig. 3) ableiten,welcher mit einer Stromquelle von 120 Y und 60 Hz verbunden ist. Wie Fig. 5A zeigt, ist die Rate der Änderung der Kollektorspannung beschränkt, wie dies durch die Bezugszeichen 116 und 117 angedeutet ist. Die Basisspannung wird von dem Bezugszeichen positiv wenn der Sperrkollektorstrom terminiert wird, wie dies vor dem Bezugszeichen 121 in Fig. 5C dargestellt ist. Die Basisspannung fällt rasch auf Null ab (Bezugszeichen 119), und zwar nach Sättigung der Sättigungsspule. Dieser Vorgang wurde bereits oben beschrieben. Nach der Terminierung des Basistreiberstroms steigt die Kollektorspannung und der Kollektorstrom fällt auf Null ab.Rectifier (similar to that of FIG. 3) derive which connected to a power source of 120 Y and 60 Hz. As Fig. 5A shows the rate of change in the collector voltage limited, as indicated by the reference numerals 116 and 117 is. The base voltage becomes positive from the reference number when the reverse collector current is terminated like this is shown in front of reference numeral 121 in Fig. 5C. The base voltage drops rapidly to zero (reference number 119), namely after saturation of the saturation coil. This process has already been described above. After the termination of the Base drive current, the collector voltage rises and the collector current drops to zero.
Fig. 6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform 126 der vorliegenden Erfindung, bei der die Rückkopplung durch eine gesonderte Wicklung des Haupttransformators herbeigeführt wird. Bei dieser Ausführungsform wurde der Einfachheit halber die Triggerschaltung weggelassen.6 shows another preferred embodiment 126 of FIG present invention, in which the feedback is brought about by a separate winding of the main transformer. In this embodiment, for the sake of simplicity Trigger circuit omitted.
Ein Paar Transistoren 127, 128 sind mit ihren Emittern mit dem B -Anschluß 129 verbunden und die Kollektoren sind mit den Primärzuleitungen 131, 132 eines Haupttransformators verbunden. Dessen Primärwicklung ist mit der B -Zuleitung am Mittelabgriff verbunden. Die Schaltung 126 führt an den Ausgangsklemmen 136, 137, welche mit einer Sekundärwicklung des Haupttransformators 133 verbunden sind zu einer Ausgangsspannung von Rechteckwellenform. Eine Basiszuleitung 138 des Transistors 127 ist über eine Wicklung 139 auf einem sättigbaren Transformator 141 mit eine Toroidkern mit dem B -Anschluß 129 verbunden. Eine Diode 142 liegt parallel zur Wicklung 139. In ähnlicher Weise ist der Basisanschluß 143 des Transistors 128 über eine Wicklung 144 auf einem sättigbaren Transformator 146 mit Toroidkern mit der B~-Klemme verbunden, wobei eine Diode 147 parallel zur Wicklung 144 liegt.A pair of transistors 127, 128 are connected to their emitters with the B terminal 129 and the collectors are connected to the primary leads 131, 132 of a main transformer tied together. Its primary winding is connected to the B lead at the center tap. The circuit 126 leads to the Output terminals 136, 137 which are connected to a secondary winding of the main transformer 133 to form an output voltage of square waveform. A base lead 138 of the transistor 127 is on a winding 139 on a saturable transformer 141 having a toroidal core connected to B terminal 129. A diode 142 is parallel to the Winding 139. Similarly, the base terminal 143 of transistor 128 is on a saturable via a winding 144 Transformer 146 with toroidal core connected to the B ~ terminal, with a diode 147 in parallel with winding 144 lies.
Eine gesonderte Wicklung 148 auf dem Haupttransformator 133A separate winding 148 on the main transformer 133
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umfaßt eine erste Zuleitung 149, welche mit der B -Klemme 129 verbunden ist. Die Wicklung 148 weist eine zweite Zuleitung auf, welche mit einer sättigbaren Drossel 151 verbunden ist, welche wiederum über einen Kondensator 152 mit dem Anschluß 149 verbunden ist. Die Sättigungsdrossel 151 ist über einen Widerstand und der dazu in Reihe geschalteten Wicklung 154 des Transformators 141 mit dem B~-Anschluß verbunden. Die Drossel 151 ist ferner über einen Widerstand 156, welcher in Reihe zu einer Wicklung 157 des Transformators 146 liegt, mit dem B -Anschluß verbunden. Die Wicklung 148 stellt eine Rückkopplungs-Spannungsquelle dar und nicht wie bei der zuvor beschriebenen Schaltung eine Stromquelle. Wenn die Rückkopplung in Form einer Spannung erfolgt, so ist es wichtig, die Rückkopplungsspannung daran zu hindern, einen Transistor einzuschalten, bevor die Transistor-Kollektor-Spannung auf den B~-Pegel oder Minimalpegel abgefallen ist. Wie zuvor erläutert, fällt die Kollektor-Spannung aufgrund der Streuinduktivität des Haupttransformators auf den B -Pegel. Wenn die Basis eingeschaltet wird, bevor die Kollektorspannung auf das Minimum oder auf den B -Pegel gefallen ist, so kommt es zu einer unnötigen Energiedissipation im Transistor. Aus diesem Grunde ist eine Verzögerungseinrichtung mit der Drossel 151 und dem Kondensator 152 vorgesehen,um eine vorzeitige Beaufschlagung mit der Rückkopplungsspannung zu verhindern. Sobald die Schaltung 126 einmal in den Schwingvorgang getriggert ist, geht die Arbeitsweise folgendermaßen vonstatten. Dabei wird nur auf die Beschreibung des Transistors 127 Bezug genommen. Wenn der Transistors 127 leitend ist, so bleibt er in diesem Zustand solange die Sättigungsspule mit der Wicklung 139 ungesättigt ist. Wenn diese Induktivität nun gesättigt wird, so wird der Basisstrom in den Transistor 127 umgekehrt und die gespeicherten Ladungsträger werden aus der Basis-Emitter-Sperrschicht dieses Transistors entfernt. Zu einem späteren Zeitpunkt kommt es zu einer Umkehr der Spannung über den Haupttransfprmator 133, sowie zu einer Umkehr der Rückkopplungsspannung an der Wicklung 148 und nun verhindert die Sättigungsspule 151 in Verbindung mit dem Kondensator 152 daß die Sperrspannung die Basiszuleitung 143 des Transistorscomprises a first lead 149 which is connected to the B terminal 129. The winding 148 has a second lead, which is connected to a saturable choke 151, which in turn is connected to terminal 149 via a capacitor 152 is. The saturable inductor 151 is via a resistor and the winding 154 of the transformer connected in series with it 141 connected to the B ~ connector. The choke 151 is also through a resistor 156 which is in series with a Winding 157 of the transformer 146 is connected to the B terminal. The winding 148 provides a feedback voltage source and not a current source as in the circuit described above. When the feedback is in the form of a voltage done so it is important to keep the feedback voltage on it to prevent a transistor from turning on before the transistor-collector voltage has fallen to the B ~ level or the minimum level. As previously explained, the collector voltage drops due to the leakage inductance of the main transformer to the B level. If the base is switched on before the Collector voltage has fallen to the minimum or to the B level, there is unnecessary energy dissipation in the Transistor. For this reason, a delay device with the reactor 151 and the capacitor 152 is provided to a premature application of the feedback voltage impede. Once the circuit 126 has been triggered to oscillate, the operation is as follows take place. Reference is made here only to the description of the transistor 127. When the transistor 127 is conductive, so it remains in this state as long as the saturation coil with the winding 139 is unsaturated. When this inductance is now saturated, the base current in transistor 127 is reversed and the stored charge carriers are turned off the base-emitter junction of this transistor is removed. At a later point in time there is a reversal of the Voltage across the main transformer 133, as well as a reversal the feedback voltage on winding 148 and now prevented the saturation coil 151 in connection with the capacitor 152 that the reverse voltage is the base lead 143 of the transistor
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128 sofort beaufschlagt. Hierdurch wird verhindert, daß der Transistor in den Leitungszustand übergeht bevor seine Kollektorspannung den Nullwert erreicht hat. Darüber hinaus dient ein Kondensator 152 dazu, die Sättigungsspulen mit den Wicklungen 139 und 144 voneinander zu isolieren. Hierdurch wird eine dissipative Wechselwirkung zwischen den beiden Transistoren verhindert.128 applied immediately. This prevents the The transistor switches to the conduction state before its collector voltage has reached zero. In addition, a capacitor 152 serves to connect the saturation coils to the windings Isolate 139 and 144 from each other. This creates a dissipative interaction between the two transistors prevented.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Vorwärts-Rückkopplung durch einen Stromtransformatorbetrieb zustandekommt in ähnlicher Weise wie bei der Schaltung 15 der Fig. 1. Hier geschieht jedoch die periodische Rückstellung einer jeden Sättigungsspule durch eine Spannungsrückkopplung. Auch hier ist wiederum die Triggerschaltung aus Gründen der Einfachheit weggelassen worden.Figure 7 shows a further embodiment of the invention, wherein the feedforward feedback through a current transformer operation comes about in a similar manner as in the circuit 15 of FIG Fig. 1. Here, however, the periodic resetting of each saturation coil takes place by means of a voltage feedback. Here, too, the trigger circuit has again been omitted for the sake of simplicity.
Die Schaltung 161 gemäß Fig.7 ist in ihrem Betrieb ähnlich der Schaltung 126 der Fig. 6. Es sind zwei alternierend leitend werdende Transistoren 162, 163 vorgesehen, deren Emitter mit einer B -Zuleitung 164 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren 162, 163 sind mit Zuleitungen 166, 167 einer Primärwicklung eines Haupttransformators 168 verbunden, und zwar über eine Wicklung 169 eines Sättigungstransformators 171 auf einem Toroidkern und über eine Wicklung 172 eines ähnlichen Transformators 173. Die Basis des Transistors 162 ist über eine Wicklung 174 auf dem Transformator 171 mit dem B -Anschluß 164 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Basiszuleitung des Transistors 163 über eine Wicklung 176 des Transformators 1.73 mit dem B~-Anschluß 164 verbunden. Dioden 177, 178 sind über die Basis-Emitter-Ubergänge der Transistoren 162, 163 geschaltet. Der Haupttransformator 168 umfaßt eine Sekundärwicklung, welche eine Ausgangsspannung mit im wesentlichen rechteckiger Wellenform an den Anschlüssen 179, 181 liefert.The circuit 161 of FIG. 7 is similar in operation to that of FIG Circuit 126 of FIG. 6. Two transistors 162, 163 which become conductive alternately are provided, their emitters with a B lead 164 are connected. The collectors of the Transistors 162, 163 are connected to leads 166, 167 of a primary winding of a main transformer 168, to be precise through a winding 169 of a saturation transformer 171 on a toroidal core and through a winding 172 of the like Transformer 173. The base of the transistor 162 is connected to the B terminal 164 via a winding 174 on the transformer 171 tied together. Similarly, the base lead of transistor 163 is via a winding 176 of transformer 1.73 connected to the B ~ terminal 164. Diodes 177, 178 are across the base-emitter junctions of the transistors 162, 163 are switched. The main transformer 168 includes a secondary winding which has an output voltage of substantially rectangular shape Waveform at the terminals 179, 181 supplies.
Ferner umfaßt der Haupttransistor eine gesonderte Spannungs-Rückkopplungswicklung 182, deren eine Seite über einen Strom-The main transistor also includes a separate voltage feedback winding 182, one side of which has a stream
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begrenzungswiderstand 183 mit dem B -Anschluß 164 verbunden ist. Die andere Seite der Wicklung 182 ist mit zueinander entgegengesetzt gerichteten Dioden 184, 186 verbunden, welche eine positive Rückkopplung, d. h. eine Vorwärtsrückkopplung verhindern. Die Diode 184 ist wiederum über eine Wicklung 187 auf dem Transformator 171 mit dem B~-Anschluß verbunden und die Diode 186 ist über eine Wicklung 188 des Transformators 173 mit dem B~-Anschluß verbunden.Da die zur Rückstellung der Sättigungsspulen erforderliche Leistung sehr gering ist und da es keiner Leistung bedarf um die Transistoren 162, 163 im nicht-leitenden Zustand zu halten, kann die Rückstellung der Kerne der Transformatoren 171, 173 leicht erfolgen, ohne daß nennenswerte Schaltungseinschwingvorgänge auftreten. Es ist jedoch erforderlich, die Rückstellfunktion mit einem geringen Maß Leistung zu versehen, um während der Nicht-Leitungsperiöde unerwünschte Einschaltvorgänge zu verhindern.Limiting resistor 183 is connected to the B terminal 164. The other side of the winding 182 is connected to oppositely directed diodes 184, 186, which positive feedback, d. H. prevent feedforward. The diode 184 is in turn via a winding 187 on the transformer 171 connected to the B ~ terminal and the Diode 186 is connected to the B ~ terminal through a winding 188 of transformer 173. Since the power required to reset the saturation coils is very small and since there is none Power required to keep the transistors 162, 163 in the non-conductive state can be used to reset the cores of the transformers 171, 173 easily take place without significant circuit settling processes occurring. However, it is necessary to provide the reset function with a low level of performance in order to avoid undesirable during the non-conduction period To prevent switch-on processes.
Das Problem der Speicherzeit der Ladungsträger in den Basis-Emitter-Übergängen der Transistoren ist besonders akut bei Transistoren, welche für einen Hochspannungsbetrieb bestimmt sind. Zum Beispiel kann bei Transistoren, welche typischerweise in den beschriebenen Schaltungen verwendet werden, die Speicherzeit im Bereich von 1 bis 5 \is liegen, falls die Transistoren eine Nenn-Kollektorspannung von mehr als 150 V aufweisen. Diese Speicherzeit ist jedoch in hohem Maße variabel und hierdurch wird es besonders schwierig mit herkömmlichen Einrichtungen eine ausreichende Kompensation herbeizuführen. Bei den beschriebenen Schaltungen kommt eine Kompensation jedoch automatisch zustande, da der eine Transistor nicht eingeschaltet wird bis der andere Transistor ausgeschaltet ist und umgekehrt. Darüber hinaus erfolgt bei den beschriebenen Schaltungen der Ausschaltvorgang abrupt, wodurch Nachwirkungseffekte der andernfalls langsam rekombinierenden Basis-Emitter-Ladungsträger vermieden werden.The problem of the storage time of the charge carriers in the base-emitter junctions of the transistors is particularly acute in the case of transistors which are intended for high-voltage operation. For example, in the case of transistors which are typically used in the circuits described, the storage time can be in the range from 1 to 5 \ is if the transistors have a nominal collector voltage of more than 150V. However, this storage time is highly variable and this makes it particularly difficult to achieve adequate compensation with conventional devices. In the circuits described, however, compensation is automatically achieved, since one transistor is not switched on until the other transistor is switched off and vice versa. In addition, the switching-off process takes place abruptly in the circuits described, as a result of which after-effects of the otherwise slowly recombining base-emitter charge carriers are avoided.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind die Transistoren in Reihe geschaltet. Dies ist häufig erforderlich, wenn die B -Spannung sehr hoch ist. Bei dieserFIG. 8 shows a further embodiment of the invention. The transistors are connected in series. This is common required when the B voltage is very high. At this
9G9S4Q/Q6S99G9S4Q / Q6S9
Schaltung umfaßt der Wechselrichter 191 zwei alternierend leitende Transistor-Schalteinrichtungen 192, 193, welche in Reihe zwischen einem B+-Anschluß 194 und einem B~-Anschluß 196 einer Gleichspannungsquelle liegen. Eine Wicklung 197 auf einem toroidförmigen Sättigungstransformator 198 liegt zwischen dem Basisanschluß und dem Emitteranschluß des Transistors 192. In ähnlicher Weise liegt eine Wicklung 199 eines Transformators 201 zwischen dem Basisanschluß und dem Emitteranschluß des Transistors 193. Dioden 202, 203 sind über die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 192 bzw. 193 geschaltet. Ein Paar Elektrolyt-Kondensatoren 204, 206 liegen in Reihe zwischen dem B -Anschluß 194 und dem B~-Anschluß 196. Die Verbindungsstelle dieser Kondensatoren ist über eine Primärwicklung eines Transformators 207 und eine Wicklung 208 des Transformators 201 und eine Wicklung 209 des Transformators 198 mit einer Verbindungsstelle 210 zwischen den Transistoren 192 und 193 verbunden. Der Transformator 207 umfaßt eine Sekundärwicklung an deren Ausgangsanschlüssen 211 eine Spannung mit im wesentlichen Rechteckwellenform ansteht. Ein Kondensator 212 liegt zwischen der Verbindungsstelle 210 und dem B~-Anschluß 196. Parallel zu dem Elektrolytkondensator 206 ist eine Reihenschaltung eines Widerstandes 213 und eines Kondensators 214 geschaltet. Ein Diac 216 liegt zwischen der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand und dem Kondensator einerseits und dem Basisanschluß des Transistors 193 andererseits. Die aus dem Widerstand 213, dem Kondensator 214 und dem Diac 216 bestehende Schaltung dient als Triggereinrichtung zur Startung des alternierenden Leitungszustandes der Transistoren 192, 193.Circuit, the inverter 191 comprises two alternately conductive transistor switching devices 192, 193, which are in series between a B + terminal 194 and a B ~ terminal 196 of a DC voltage source. A winding 197 on a toroidal saturation transformer 198 is located between the base connection and the emitter connection of the transistor 192. Similarly, a winding 199 of a transformer 201 is connected between the base connection and the emitter connection of the transistor 193. Diodes 202, 203 are connected across the base-emitter connection. Transitions of transistors 192 and 193 are switched. A pair of electrolytic capacitors 204, 206 are in series between the B terminal 194 and the B ~ terminal 196. The connection point of these capacitors is via a primary winding of a transformer 207 and a winding 208 of the transformer 201 and a winding 209 of the transformer 198 connected to a junction 210 between transistors 192 and 193. The transformer 207 comprises a secondary winding at the output terminals 211 of which a voltage with a substantially square wave form is present. A capacitor 212 is located between the junction 210 and the B ~ connection 196. A series circuit of a resistor 213 and a capacitor 214 is connected in parallel with the electrolytic capacitor 206. A diac 216 is located between the junction between the resistor and the capacitor on the one hand and the base terminal of the transistor 193 on the other hand. The circuit consisting of the resistor 213, the capacitor 214 and the diac 216 serves as a trigger device for starting the alternating conduction state of the transistors 192, 193.
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